變速箱異響診斷技術的研究探微

撰文/鐘鳴楊岱璋吳仲華

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變速箱異響診斷技術的研究探微

撰文/鐘鳴1楊岱璋2吳仲華3

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機械優化設計是近年來發展起來的一門新的學科，起始于60年代，非常有發展潛力的研究方向，是解決復雜設計問題的一種有效工具，在機械應用的實踐中，機械優化設計是一種非常重要的現代設計方法，能從眾多的設計方案中找出最佳方案，從而大大提高設計的效率和質量。本文重點介紹機械優化設計理論基礎的同時，對其特點、評價方式進行了總結，并指出該領域中應當進一步研究的問題和發展方向。機械優化設計；數學模型；優化方法；智能優化

隨著汽車工業的快速發展，原有變速箱檢測技術已近不能滿足市場需求，由此加強對變速箱異響診斷技術研究，能夠找到一套完整、系統的故障診斷方案，對汽車產業發展有重要意義。變速箱；異響診斷；技術研究

變速箱異響故障出現的原因

齒輪失效。磨如果齒輪工作面上出現過多的金屬氧化物或者金屬微粒，將造成磨粒磨損。大部分顆粒直徑都在20um以上。小顆粒都以嵌入方式存在齒輪工作面上，如果不能及時發現將留下刮痕，噪聲變大，甚至會出現斷齒。

軸承失效。磨損嚴重造成失效，原因是磨料聚集過多；疲勞失效，原因是疲勞應力加大，強制安裝或者潤滑不良導致的；腐蝕失效，原因是化學物質失效引發化學腐蝕、電腐蝕以及微腐蝕。

變速箱異響診斷平臺的搭建

選取變頻器與連接方法。本文選取CHF100A—6R5G/011P-4型變頻器，功率范圍在1.2kW～4kW之間；使用PG矢量控制、V/F控制以及轉矩控制方法。將直流電抗器布置其中，將整機運行效率提高，將其與制動電阻相連接，能夠在突發情況下緊急剎車。

編碼器的選取。本次檢測平臺使用的編碼器為S37-07-1000BM-23增量式的，內設ASIC構件，目的是抗干擾。通過周期性電信將位移與技術脈沖聯系起來，再使用轉動比將軸系轉速信息計算出來。增量編碼器各項參數為：5000rpm為最大轉速，78N為最大負荷徑向，40G/10ms為抗沖擊速度，分辨率能夠達到1200脈沖/轉。階次跟蹤。階次跟蹤算法能夠對波形重構，并與波形重構階次一同組成一個現代化階次跟蹤算法。在變形情況恒定條件下，會降低階次跟蹤采樣同步性，但應用成本高，為此，使用計算階次跟蹤算法較為適宜。等角度重采樣。先在階次分析中對信號進行處理，然后再對振動信號進行重復采集，最后快速變速，能夠有效處理重采樣信號。在等時間采樣不變的情況下，進行振動信號重采，能夠將軸轉恒定值計算出來，還能了解到信號排列過程。可以參考的函數公式為：

在上述公式中，ti表示在第i時刻下，脈沖對應時刻值，假設初始位置與脈沖對應，角增量為?ψ，對應的時間增量為?T，當t=0，?ψ同樣為0，與a0=0相對應，公式中的四個未知量分別是a1、a2、a3。對應的脈沖時間如下所示：

通過上述兩組公式能夠將4個不同脈沖內?T與?ψ的函數關系表示出來，公式如下：

?T=?T（?ψ）

在每四個連續脈沖中，都能夠對間隔角度進行細分，在細分以后能得到恒定角的增量信號。在4個連續脈沖中，將恒定角度設為?θ，對間隔角度細分，最終能得到增量信號序列θ（n），所得式為：

ordθ（m）=FFT［θ（n）］

階次分析在變速箱振動分析中的應用

選取一個5檔手動變速箱作為測試對象，將無故障變速箱信息作為依托，將值譜作為參考，發現譜線與階次線較為平滑，正常情況下，參考值譜要在階次最上方，將其表示為閾值，當成最大振動值。如果出現了異常情況，可以將高于階次作為參考的值譜。

圖一　三檔加速階段輸入軸階次圖

圖二　三檔加速階段輸出軸階次圖

檔位為三檔時，輸入軸階次頻譜顯示25階、50階、75階、100階，均凸出，輸出軸階次頻譜顯示34階、68階、102階、136階，均凸出。但減速階段輸出軸136階的幅值已經超過了參考閥值（見圖四），而二檔未見故障，故輸出軸三擋齒輪處存在故障。

圖三　三檔減速階段輸入軸階次圖

圖四　三檔減速階段輸出軸階次圖

而其余檔狀態下，輸入軸階次頻譜和輸出軸階次中雖有多階凸出，但振幅值未超過閥值，由此，二檔狀態下，輸入軸與輸出軸零件未見故障。

結束語

隨著我國汽車產業的不斷發展與進步，變速箱加工與制作變得越來越智能化與自動化，很多先進的科學技術應用使變速箱內部結構變得復雜，如果變速箱一旦出現故障將對診斷帶來難度。階次分析法具有非常多的局限性，在以后，階次分析法將成為變速箱的一個重要故障診斷技術，提升故障診斷精度。

參考：

［1］王歡.富勒變速箱及取力器異響故障分析研究［J］.鐵道機車與動車，2015（8）